阅读说明：本技术 一种多级式喇叭型反冲放电灭弧管 (Multi-stage horn-shaped recoil discharge arc extinguishing tube ) 是由 王嬿蕾 王巨丰 李籽剑 孔佳琦 黄上师 于 2019-04-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多级式喇叭型反冲放电灭弧管,包括灭弧管本体、接闪电极和侧级反冲管；所述的侧级反冲管设于灭弧管本体的侧璧上,并且侧级反冲管与灭弧管本体相连通；所述的接闪电极镶嵌在灭弧管本体内部,并且侧级反冲管上方和下方均设有接闪电极,使灭弧管本体形成半封闭空间；所述的灭弧管本体从上往下的直径逐渐增大,使灭弧管本体呈喇叭状。本发明结构简单、设计合理、灭弧能力强、工作更加稳定可靠,增加多个接闪电极和多个侧级反冲管相互配合,可以使电弧形成多断点,大幅度削减电弧能量,甚至熄灭电弧,可与灭弧防雷器配合共同使用。(The invention discloses a multi-stage horn-shaped recoil discharge arc-extinguishing tube, which comprises an arc-extinguishing tube body, a lightning receiving electrode and a side-stage recoil tube, wherein the arc-extinguishing tube body is provided with a plurality of through holes; the side-level recoil pipe is arranged on the side wall of the arc extinguishing pipe body and communicated with the arc extinguishing pipe body; the lightning receiving electrodes are embedded in the arc extinguishing tube body, and the lightning receiving electrodes are arranged above and below the side-level recoil tube, so that the arc extinguishing tube body forms a semi-closed space; the diameter of the arc extinguishing tube body from top to bottom is gradually increased, so that the arc extinguishing tube body is horn-shaped. The invention has simple structure, reasonable design, strong arc extinguishing capability and more stable and reliable work, and adds a plurality of lightning receiving electrodes and a plurality of side-level recoil pipes which are mutually matched, so that the electric arc can form a multi-break point, the energy of the electric arc is greatly reduced, even the electric arc is extinguished, and the invention can be matched with an arc extinguishing lightning protector for use.)

一种多级式喇叭型反冲放电灭弧管

技术领域

本发明涉及一种输电线路中防雷装置的元器件，尤其涉及了一种多级式喇叭型反冲放电灭弧管。

背景技术

现在我国的电力能源和负荷中心分布很不均衡，主要以煤炭发电为主。煤炭资源大部分集中在西北地区，可开发的水力资源主要集中在西部以及中部地区，而我国的负荷中心集中在东部沿海、京津唐和中部发达地区。这决定了我国要解决负荷中心的电力问题，必然在大力开发水力和火力发电的同时建设跨区域、大容量和远距离的能源输送通道。

随着输电线路电压等级的不断升高，国家累计建成了“八交十直”的特高压工程，形成了110多万千米的输电线路，拥有近5000多万基杆塔，据统计，电网雷害风险主要集中于输电线路，雷害依然是影响输电网络安全、稳定和可靠的重要因素。现有的雷电防护体系主要是“阻塞型”防雷模式，主要措施为架设避雷线和耦合地线、降低杆塔接地电阻、增强线路绝缘和安装线路避雷器等，由于其有效性、安全性以及经济性存在局限，仅仅能防护单次的弱雷击，对巨大雷击和多重雷击防护存在巨大空白。现有的“疏导型”防雷模式，主要是在绝缘子串两端安装并联保护间隙，虽然其结构简单、安装方便，但由于其没有灭弧功能模块，使系统中持续流入短路电流，只能依靠断路器切断短路电流，以“跳闸率换取事故率”，易造成线路巨大安全事故。同时因为短路电流的烧蚀作用，使得并联保护间隙绝缘配合失效，失去应用的功能。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种利用电弧自身能量实现反冲灭弧的多级式喇叭型反冲放电灭弧管。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种多级式喇叭型反冲放电灭弧管，包括灭弧管本体、接闪电极和侧级反冲管；所述的侧级反冲管设于灭弧管本体的侧璧上，并且侧级反冲管与灭弧管本体相连通；所述的接闪电极镶嵌在灭弧管本体内部，并且侧级反冲管上方和下方均设有接闪电极，使灭弧管本体形成半封闭空间；所述的灭弧管本体从上往下的直径逐渐增大，使灭弧管本体呈喇叭状。

本发明进一步优化，所述的接闪电极至少为两个，并且等距镶嵌在灭弧管本体内部；所述的接闪电极为圆形或圆锥形。通过上述方式，由于接闪电极的导电性，多个接闪电极，增加电弧进入灭弧管本体，从而可以提高消除电弧的效率。

本发明进一步优化，所述的侧级反冲管的数量比接闪电极少一个；所述的侧级反冲管对向错位布置在灭弧管本体两侧；所述的灭弧管本体和侧级反冲管为高强度、耐高温、耐高压的合金陶瓷、稀土陶瓷、石墨烯-陶瓷复合材料、有机陶瓷、合成硅橡胶、有机绝缘材料、合金玻璃、稀土玻璃、石墨烯玻璃、有机玻璃等任一种绝缘材料制成。通过上述方式，侧级反冲管与接闪电极相互配合，电弧将会顺势进入侧边的侧级反冲管重复反冲作用，侧级反冲管的数量比接闪电极少一个，多个接闪电极与多个侧级反冲管相互配合，实现横向多级截断，进一步提高灭弧效果。

本发明进一步优化，所述的灭弧管本体内还设有至少两个空心的金属喇叭环。所述的金属喇叭环等距布置在灭弧管本体内。通过上述方式，增加金属喇叭环目的是因为利用金属导电性确保电弧能够顺利进入灭弧管本体，实现反冲功能，金属喇叭环也可以起到保护侧级反冲管的作用。

本发明进一步优化，所述的侧级反冲管为直筒型或喇叭型。通过上述方式，所述的侧级反冲管为圆柱型或喇叭型，目的是为了增加侧级反冲管对电弧大狭管灌注作用，管内与管外电弧的密度差、温度差和压力差，使电弧反冲喷射作用更为强烈，喇叭状的侧级反冲管灭弧效果更为明显。

本发明进一步优化，所述的侧级反冲管向下倾斜布置。

本发明的工作原理：灭弧管的下半部分由于是半封闭空间，同样可构成一个反冲管结构。反冲放电灭弧管是一个狭管灌注通道，这是电弧进入装置的唯一通道。灌注过程中产生多样的物理变化。

1.电弧等离子体发生弹性形变。电弧等离子体在进入反冲管入口时，首先物理形状发生改变，由粗电弧变成了极细的电弧，径向压力转成轴向压力，由于狭管反冲效应，在电弧反冲时喷出速度会加快。

2.电弧温升效应加剧。电弧变细后，电弧横截面积减小，根据公式，电弧电 阻会大幅度上升。由于雷电弧在实际经验工作中常作为恒流源，根据公式 可知，尽管冲击时时间仅有几微秒，但整体能量会增强，反冲管内敛性温度会升高。

电弧辐射、对流、传导为能量流失的三种方式，由于封闭管道即外源性封堵环境下，热量不能得到释放，对电弧起到了阻断的作用，只会产热，不会散热，因此会产生阻断性的温升，使得管内温度持续升高。

3.压爆效应急剧增加。当温度的逐步升高使得电弧积累性的增加，又进一步加剧了压爆效应，使电弧喷射力度更大。

灭弧管本体安装放置在灭弧筒内或灭弧装置内，发生电击时，电弧进入灭弧管本体内分两个阶段进行灭弧，其中，

第一次灭弧：电弧从灭弧管本体底部进入灭弧管本体内，当电弧进入灭弧管本体内时，由于空间逐渐收窄，灭弧管本体对电弧的狭管灌注作用愈发明显；此时，灭弧管本体内的电弧密度增加，由于灭弧管本体的半密闭性能，灭弧管本体管内温度瞬间上升，形成内部与外界的密度差、温度差，灭弧管本体管对电弧狭管灌注作用，电弧进入反冲管壁始端时密度、速度、温度阶跃式增加，导致管内压力的阶跃式增加，最终产生压爆效应，电弧冲击灭弧管本体最下端的接闪电极，会产生反向弹力，大部分电弧的前进方向发生180°的改变，少部分电弧通过接闪电极进入灭弧管主体上部，再次反冲消弱电弧能量。反弹回的电弧由于速度、密度、压力更大，在入口处会形成空腔效应，阻断端口处的电弧进入。

第二阶段灭弧：电弧会顺势进入侧边的侧级反冲管重复反冲作用，电弧受到管壁作用，电弧运动方向改变，从侧方喷口喷出且生成的部分侧方喷射气流作用于电弧，实现横向多级截断；电弧能量越大，形成的密度差和温度差就越大，使得反冲能力就越强；电弧在喇叭侧级反冲管内受到的空腔效应作用，削弱电弧的能量，使其进入侧级反冲管的能量减少，又由于侧级反冲管的横向截断作用，使电弧形成多个断点，加速电弧的熄灭。

本专利的原理结构与现有技术“角形避雷装置（专利申请号为CN200810178607.3）”所述结构及原理相比有以下不同：

1）灭弧不存在时滞效应。由于角形避雷装置是通过雷击闪络喷出电弧喷气，该过程需要熔融、汽化而产生的金属成分或者等离子化的气体中的离子成分等的导电性成分，该成分在空气中呈现浮游状态，从而降低空气中绝缘能力并容易产生电弧位移，并在电弧位移处喷出电弧喷气，由此来阻断电弧。显然，在电弧闪络—导电材料熔融、汽化—喷出电弧喷气这一过程，存在时滞效应，即角形避雷装置存在喷出电弧喷气能量小于雷击闪络电弧能量。而本专利提出的狭管灌注效应，充分利用电弧等离子体发生弹性形变，电弧等离子体在进入反冲管入口时，首先物理形状发生改变，由粗电弧变成了极细的电弧，径向压力转成轴向压力，由于狭管反冲效应，在电弧反冲时喷出速度会加快。

2）灭弧阈值高。由于角形避雷装置的灭弧筒以及产气装置是由聚酰胺树脂（又名尼龙），所能承受温度在500℃左右，其值远小于电弧灼烧温度（最高达到3726.85℃）。故此灭弧筒以及产气装置极易受高温影响，最后导致爆裂。而本专利提出采用高强度耐高温耐高压的非导电材料制成，例如合金陶瓷、稀土陶瓷、石墨烯-陶瓷复合材料、有机陶瓷、合成硅橡胶、有机绝缘材料、合金玻璃、稀土玻璃、石墨烯玻璃、有机玻璃，结合新型材料

3）不存在高温烘烤产气方式。由于角形避雷装置是通过喷出电弧喷气作用于电弧，并在间隙内吹断电弧。其中喷出电弧喷气是需要高温烘烤产气，这严重导致产气材料的损失，明显降低了装置的使用寿命。而本专利提出等离子狭管灌注效应：利用电弧等离子体流动性，在进入反冲管内电弧的径向位移变为轴向膨胀；在接触到反冲管底部受到几何弹性变形，来流电弧和去流电弧形成的压强叠加、温度叠加和密度叠加效应，使反冲模块内的压强极速倍增，破坏电弧后续能量，阻断电弧连续性。故此不存在高温烘烤产气方式，保证本专利材料损失，并且使用寿命长。

本发明具有的优点及有益效果如下：

1、本发明利用电弧自身能量实现反冲灭弧，不需要外在产气材料。

2、本发明增加多个接闪电极和多个侧级反冲管相互配合，可以使电弧形成多断点，大幅度削减电弧能量，甚至熄灭电弧，可与灭弧防雷器配合共同使用。

3、本发明先通过喇叭反冲管（即灭弧管本体下半部分）对电弧实行纵向截断作用；再通过侧级反冲管对电弧实行横向截断作用，纵向截断和横向截断结合，能够更好地截断电弧。

4、本发明灭弧管本体为喇叭状设计能更好地产生阶跃式密度差、温度差和压力差，形成的反冲作用更为强烈。

5、本发明结构简单、设计合理、灭弧能力强、工作更加稳定可靠。

附图说明

图1为本发明一实施例的整体结构示意图。

图2为本发明另一实施例的含金属喇叭环的灭弧管剖视图。

图3为本发明又一实施例的多级式喇叭型侧级反冲管的灭弧管剖视图。

图4为本发明再一实施例的含金属喇叭环的多级式喇叭型侧级反冲管剖面图。

图中序号以及相对应的名称：

1-灭弧管本体，2-接闪电极，3-金属喇叭环，4-侧级反冲管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

如图1所示，一种多级式喇叭型反冲放电灭弧管，包括灭弧管本体1、接闪电极2和侧级反冲管4；所述的侧级反冲管4设于灭弧管本体1的侧璧上，并且侧级反冲管4与灭弧管本体1相连通；所述的接闪电极2镶嵌在灭弧管本体1内部，并且侧级反冲管4上方和下方均设有接闪电极2，使灭弧管本体1形成半封闭空间；所述的灭弧管本体1从上往下的直径逐渐增大，使灭弧管本体1呈喇叭状。所述的接闪电极2为两个，并且等距镶嵌在灭弧管本体1内部；所述的接闪电极2为圆形。所述的侧级反冲管4为直筒型。所述的侧级反冲管4向下倾斜布置。

实施例2：

本实施例与实施例1不同之处在于：如图2所示，所述的灭弧管本体1内还设有两个空心的金属喇叭环3；所述的金属喇叭环3等距布置在灭弧管本体1内。

本实施增加金属喇叭环3目的是因为利用金属导电性确保电弧能够顺利进入灭弧管本体1，实现反冲功能，金属喇叭环3也可以起到保护灭弧管本体的作用。

实施例3：

本实施例与实施例1不同之处：如图3所示，所述的侧级反冲管4为喇叭型，并且设有两个以上。

本实施例中侧级反冲管4为喇叭型，目的是为了增加管内与管外的密度差、温度差和压力差，是气流反冲喷射作用更为强烈，喇叭状的侧级反冲管4灭弧效果更为明显。

实施例4：

本实施例与实施例1不同之处：所述的接闪电极2为三个，并且等距镶嵌在灭弧管本体1内部；所述的接闪电极2为圆形。所述的侧级反冲管4的数量比接闪电极2少一个；所述的侧级反冲管4对向错位布置在灭弧管本体1两侧。所述的灭弧管本体1和侧级反冲管4为高强度、耐高温、耐高压的合金陶瓷、稀土陶瓷、石墨烯-陶瓷复合材料、有机陶瓷、合成硅橡胶、有机绝缘材料、合金玻璃、稀土玻璃、石墨烯玻璃或者有机玻璃绝缘材料制成。所述的灭弧管本体1内还设有三个空心的金属喇叭环3；所述的金属喇叭环3等距布置在灭弧管本体1内。

本实施这样设置进一步增加引弧并且提高灭弧的效果。

实施例5：

本实施例与实施例4不同之处在于：所述的接闪电极2为圆锥形。

显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对实施的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式子以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。